(57)【要約】【課題】鋼管の全体を反りなどの変形を生じさせることなく均一に熱処理することができ、鋼管の内部への冷却水の浸入によるトラブル発生のおそれもない鋼管の熱処理方法及び熱処理設備を提供する。【解決手段】下り勾配を持たせて配置された多数のローラ２によって鋼管Ｐを回転させながら、インダクションヒータ３と保持炉４と冷却装置５との内部を順次移動させ、昇温、保持、急冷の熱処理を施す。搬送経路１に３〜６°の下り勾配を持たせたことにより、鋼管Ｐの内部への冷却水の浸入が抑制され、均一な熱処理が可能となる。【選択図】図１
2010255031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下り勾配を持たせて配置された多数のローラによって鋼管を回転させながら、インダクションヒータと保持炉と冷却装置との内部を順次移動させ、昇温、保持、急冷の熱処理を施すことを特徴とする鋼管の熱処理方法。
【請求項２】
先行する鋼管の後部端面と後続する鋼管の前部端面とを接触させた状態で熱処理設備の内部を移動させ、連続的に熱処理することを特徴とする請求項１記載の鋼管の熱処理方法。
【請求項３】
鋼管の進行方向に対して回転軸を斜めにした多数のローラを下り勾配を持たせて配置して搬送経路を構成し、この搬送経路上に、鋼管を外周から加熱するインダクションヒータと、保持炉と、冷却水による冷却装置とを配置したことを特徴とする鋼管の熱処理設備。
【請求項４】
搬送経路の下り勾配が、３〜６°であることを特徴とする請求項３記載の鋼管の熱処理設備。
【請求項５】
ローラが、中細の鼓型ローラであることを特徴とする請求項３記載の鋼管の熱処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の全体を連続的に熱処理するための鋼管の熱処理方法及び熱処理設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定長さに切断された鋼管に対して連続熱処理を行うための装置として、特許文献１に示されるように、鋼管を水平配置された多数のローラによって回転させながら水平搬送し、誘導加熱と冷却水による急冷とを行う装置が知られている。ところが外周から誘導加熱を行うと電流の表皮効果によって鋼管の外表面のみが集中的に加熱され、内表面側は熱伝導によって昇温するだけであるため加熱が遅れる傾向が生ずる。そしてこの状態のまま冷却すると周方向又は肉厚方向に均一な熱処理が行われず、反りなどの変形又は材質強度差の原因となる。この問題を回避するためには誘導加熱装置を多段に配置して温度分布を均一化するなどの工夫が必要となり、多くの設備コストと広い設置スペースとを要するという問題があった。
【０００３】
また、従来の熱処理装置では冷却水が鋼管の端面から内部に浸入することがあり、鋼管の内部が冷却されて鋼管が反る原因となるほか、冷却水が加熱装置にまで逆流すると水蒸気爆発などの大事故に至る危険もあった。この問題を回避するためには加熱装置と冷却装置との距離を十分に離せばよいが、その間に温度降下が発生するうえ、広い設置スペースを要するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、鋼管の全体を反りなどの変形を生じさせることなく均一に熱処理することができ、鋼管の内部への冷却水の浸入によるトラブル発生のおそれもない鋼管の熱処理方法及び熱処理設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた本発明の鋼管の熱処理方法は、下り勾配を持たせて配置された多数のローラによって鋼管を回転させながら、インダクションヒータと保持炉と冷却装置との内部を順次移動させ、昇温、保持、急冷の熱処理を施すことを特徴とするものである。なお、先行する鋼管の後部端面と後続する鋼管の前部端面とを接触させた状態で熱処理設備の内部を移動させ、連続的に熱処理することが好ましい。
【０００７】
また本発明の鋼管の熱処理設備は、鋼管の進行方向に対して回転軸を斜めにした多数のローラを下り勾配を持たせて配置して搬送経路を構成し、この搬送経路上に、鋼管を外周から加熱するインダクションヒータと、保持炉と、冷却水による冷却装置とを配置したことを特徴とするものである。この発明においては搬送経路の下り勾配が、３〜６°であることが好ましく、またローラが中細の鼓型ローラであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、下り勾配を持たせて配置された多数のローラによって鋼管を回転させながら熱処理を施すので、鋼管の内部に冷却水が浸入しても深くまで逆流することはなく、速やかに排出される。このため鋼管内部への冷却水の浸入によるトラブル発生のおそれはなくなる。また鋼管を回転させながら熱処理を行うので、鋼管の端部が一方向に反ることが防止される。なお、先行する鋼管の後部端面と後続する鋼管の前部端面とを接触させた状態で熱処理設備の内部を移動させれば、生産性が向上することはもちろん、端面からの冷却水の浸入が更に確実に防止される。
【０００９】
また本発明によれば、インダクションヒータと保持炉との組合せによって鋼管を加熱するため、保持炉を通過する間に鋼管の内表面側も昇温し、温度分布の不均一が解消される。このため鋼管の全体にわたって均一に熱処理が行われ、不均一な熱処理に起因する反り又は強度差が発生することもない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態を示す側面図である。
【図３】ローラの拡大図である。
【図４】熱処理温度条件を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１及び図２において、１は多数のローラ２を直線上に配置して形成された搬送経路であり、図１に示されるように熱処理される鋼管Ｐはこの搬送経路１上を図面の右方向に搬送されていく。この搬送経路１の中間位置にはインダクションヒータ３と、保持炉４と、冷却水による冷却装置５とが設けられており、鋼管Ｐはこれらの内部を通過する間に熱処理される。各ローラ２は所定速度で駆動され、鋼管Ｐを０．２〜３．０ｍ／分程度の低速度で搬送する。
【００１２】
なお本発明においては鋼管Ｐの種類は特に限定されるものではないが、この実施形態では油井管として用いられる拡管用の電縫鋼管が好ましい。この鋼管は例えば必須元素として、Ｃ：０．０３〜０．２０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．０１〜１．２０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ＡＬ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．００５％〜０．０５％、Ｃａ：１０〜４０ｐｐｍ、選択元素として、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｖ：０．０１〜０．１、を含み残部Ｆｅからなる組成を持つ。そしてこのような組成の電縫鋼管をＡｃ１点以上、Ａｃ３点以下の温度にまで加熱してフェライトとオーステナイトとからなる２相組織としたうえ、急冷してフェライト中にマルテンサイトを析出させたデュアルフェーズ鋼とすることにより、加工性（拡管性）と強度とを兼ね備えた鋼管とする。
【００１３】
各ローラ２は図３に示すように中央部が細径で両端部が太径となった中細で金属製の鼓型ローラであり、このような形状とすることによって、鋼管Ｐの外径が大きい場合にも小さい場合にも支障なく搬送することができるようになっている。この実施形態では、最小径は１１０ｍｍ、最大径は３４０ｍｍである。ローラ２の中央部は円弧状としてもよいことはいうまでもない。
【００１４】
図１に示すように、各ローラ２は下り勾配を持たせて配置されており、３〜６°の下り勾配を持った搬送経路１を構成している。その理由については後述する。また各ローラ２は図２に示すように、その回転軸６が水平面上において鋼管Ｐの進行方向、すなわち搬送経路１の方向に対して直角ではなく、斜めになるように配置されている。このようにローラ２の回転軸６を傾けることによって、ローラ２と鋼管Ｐとの接触点において鋼管Ｐはその進行方向に対して直角方向の力を受けることとなり、一定方向に回転しながら進行することとなる。
【００１５】
インダクションヒータ３は鋼管Ｐの外周に配置されたコイルに高周波電流を流し、その内部を通過する鋼管Ｐに誘導電流を生じさせて加熱する周知の加熱手段である。この実施形態では６００ｋＷの出力のものを用い、常温の鋼管Ｐを必要な高温域にまで急速加熱する。この実施形態では７６０〜８４５℃の温度域まで７〜５０秒程度の短時間で昇温する。前記したようにインダクションヒータ３による加熱はその表皮効果によって外表面が集中的に加熱されるが、内部は昇温が遅れる傾向を避けることができない。
【００１６】
そこで本発明ではインダクションヒータ３の直後に保持炉４を設け、鋼管Ｐを加熱されたままの温度に保持し、鋼管Ｐの内部を外表面とほぼ同温度にまで昇温させる。前述の実施形態の場合この保持温度は１分以上であることが好ましく、これによって組織をフェライトとオーステナイトとからなる２相組織とする。保持時間が１分未満では組織中のセメンタイトを完全に溶解させることができない。この実施形態では保持炉４は電気炉である。
【００１７】
このようにして所定温度に保持された鋼管Ｐは、保持炉４の出口に配置された冷却装置５において急冷される。冷却装置５は多数の水冷ノズルを備え、大量の冷却水を噴射することによって鋼管Ｐを冷却し、フェライト中にマルテンサイトを析出させる。この実施形態の場合、７００℃から３００℃までの温度域を２０℃／秒以上の冷却速度で急冷することが好ましい。冷却装置５を通過後の鋼管Ｐは放冷により最終的には室温まで冷却されることとなる。なお実施形態における熱処理条件を図４に示した。
【００１８】
このような急冷を行うためには、例えば２ｍ３／分以上の大量の冷却水を噴射することが必要となり、その結果として鋼管Ｐの端面から冷却水の一部が鋼管内部に浸入するおそれがあることは前述の通りである。この問題を解決するために、本発明では搬送経路１に下り勾配を付与している。これによって鋼管Ｐは前下がりの姿勢となるから、鋼管Ｐの前端面から冷却水が内部に浸入しても深くまで逆流することはなく、速やかに排出される。なお問題となるのは保持炉４側（高温側）への逆流であり、下流側の鋼管Ｐは既に冷却済みであるから問題はない。
【００１９】
上記の効果を得るためには、搬送経路１の下り勾配を大きくすればよいが、搬送経路１を収納するための建屋を高くする必要が生じて設備コストが嵩むうえ、ローラ２上を鋼管Ｐが滑り落ちる危険があるため、３〜６°程度とすることが好ましい。なお６°は鋼管Ｐの表面の摩擦係数から算出した値である。また３°未満では逆流防止効果が減少するので、この実施形態では３〜６°が最適である。
【００２０】
またこの実施形態では、鋼管Ｐの端面からの冷却水の浸入を防止するために、先行する鋼管Ｐの後部端面と後続する鋼管Ｐの前部端面とを接触させた状態で連続的に熱処理を行っている。このように端面どうしを接触させておくことにより、冷却水が浸入する間隙が小さくなり、より確実に冷却水の浸入を防止することができる。しかも各鋼管Ｐの端面どうしを接触させておくことにより、無駄なスペースがなくなって生産性も向上することとなる。
【００２１】
なお、このような熱処理を受ける間も鋼管Ｐは連続的に回転しながら螺旋状に進行するので、仮に熱処理中の周方向組織変態の不均一性に起因する反りが生じても、重力による矯正作用が働き、反りの発生が防止される。従って本発明によれば、鋼管Ｐの全体を反りなどの変形を生じさせることなく均一に熱処理することができる。また、鋼管Ｐの内部への冷却水の浸入が抑制されるので、内部が冷却されることによるトラブル発生のおそれもない利点がある。さらに本発明は設備コストが安価であるという利点もある。
【符号の説明】
【００２２】
１  搬送経路
２  ローラ
３  インダクションヒータ
４  保持炉
５  冷却装置
６  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010255031.tif 000006